Struktur DNA dan RNAOleh Jupiter Eresta Jaya/Teknik Kimia/1206230183

AbstrakAsam nukleatadalah suatu polimer nukleotida yang berperan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida). Asam nukleat terdiri dariAsam deoksiribonukleat(DNA) dan Asam ribonukleat(RNA). DNA merupakan struktur yang dibangun oleh gula pentosa (deoksiribosa), fosfat dan suatu basa dalam bentuk polimer dan berkombinasi membentuk helix ganda. DNA terdiri atas dua utas benangpolinukleotidayang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan olehJames WatsondanFrancis Crickpada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat olehRosalind Franklin. RNA adalah asam nukleat. Struktur kimianya sama dengan DNA kecuali berapa perbedaan yang akan dijelaskan adalam lembar tugas mandiri ini.Asam NukleatAsam nukleatadalah suatu polimer nukleotida yang berperan dalam penyimpanan serta pemindahan informasi genetik (polinukleotida). Asam nukleat terdiri dariAsam deoksiribonukleat(DNA) dan Asam ribonukleat(RNA).a. Komponen Penyusun Asam Nukleat1.Basa Nitrogen HeterosiklikBasa nitrogen heterosiklik yang merupakan penyusun asam nukleat adalah turunan Purina dan pirimidina. Purin Purina atau purin adalah senyawa heterosiklik majemuk yang mempunyai lingkar pirimidina dan imidazol yang berimit. Turunan purina yang merupakan penyusun asam nukleat adalah adenine atau 6-aminopurina dan guanine atau 2-amino-6-oksipurina. PirimidinPirimidina atau pirimidin termasuk senyawa heterosiklik sederhana lingkar 6, dengan 2 atom nitrogen sebagai heteroatomnya. Turunan-turunan pirimidina yang meupakan penyusun asam nukleat adalah sitosin atau 2-oksi-4-aminopirimidina yang disingkat C, timin atau 2, 4-dioksi-5-metilpirimidina yang disingkat T dan urasil atau 2, 4-dioksipirimidina yang disingkat U.2. Pentosa Pentose yang menyusun asam nukleotida adalah ribose dan 2-deoksiribosa. Dalam struktur kimia asam nukleat, kedua pentose tersebut terdapat dalam bentuk lingkar furanosa. Ribose merupakan penyusun RNA dan 2-deoksiribosa merupakan penyusun DNA. Pentosa Memiliki Struktur Cincin Segi Lima Empat Atom C (C1 C4) Satu Atom O Membentuk Struktur Cincin Gambar 1. Struktur Pentosa Satu Atom C Yaitu C5 Ada Di Luar Cincin.

3. Fosfat Fosfat penyusun asam nukleat adalah asam fosfat atau asam ortofosfat. Fosfat ini berupa kristal berbentuk orto-rombik, tak stabil dan melebur pada suhu 42,350C. Fosfat ini tergolong asam lemah atau sedang dan bervalensi tiga jenis garam natrium. Garam natrium tersebut dapat terbentuk pada suhu kamar yaitu, Natrium fosfat Na3PO4, Natrium hidrogen fosfat Na2HPO4,dan Natrium dihidrogen fosfat NaH2PO4.b. Nukleotida dan NukleosidaSuatu basa yang terikat pada satu gugus gula disebut nukleosida, sedangkan nukleotida adalah satu nukleosida yang berikatan dengan gugus fosfat. Di dalam molekul DNA atau RNA, nukleotida berikatan dengan nukleotida yang lain melalui ikatanfosfodiester.Basa purin dan pirimidin tidak berikatan secara kovalen satu sama lain. Oleh karena itu, suatu polinukleotida tersusun atas kerangka gula-fosfat yang berselang seling dan mempunyai ujung 5-P dan 3-OH.Monomer nukleotida dapat berikatan satu sama lain melalui ikatan fosfodiester antara -OH di atom C nomor 3nya dengan gugus fosfat dari nukleotida berikutnya. Kedua ujung poli- atau oligonukleotida yang dihasilkan menyisakan gugus fosfat di atom karbon nomor 5' nukleotida pertama dan gugus hidroksil di atom karbon nomor 3' nukleotida terakhir.

Gambar 2. Struktur Asam Nukleat

DNADNA merupakan struktur yang dibangun oleh gula pentosa (deoksiribosa), fosfat dan suatu basa dalam bentuk polimer dan berkombinasi membentuk helix ganda. DNA terdiri atas dua utas benangpolinukleotidayang saling berpilin membentuk heliks ganda (double helix). Model struktur DNA itu pertama kali dikemukakan olehJames WatsondanFrancis Crickpada tahun 1953 di Inggris. Struktur tersebut mereka buat berdasarkan hasil analisis foto difraksi sinar X pada DNA yang dibuat olehRosalind Franklin. a. Struktur DNADNA disusun oleh basa nitrogen purin (guanine dan adenine) dan pirimidin (Timin dan Sitosin) yang terhubung dengan hidrogen, serta susunan fosfor penopang. DNA terdiri dari nukleotida-nukleotida yang bergabung menjadi polinukleotida.Setiap nukleotida tersusun atas : Gugusan gula pentosa berupa 2-deoksi-D-ribosa dalam bentuk furanosa Gugusan fosfat yang terikat pada atom C nomor 5 dari gula Gugusan basa nitrogen yang terikat pada atom C nomor 1 dari gulaPenulisan urutan basa dimulai dari kiri yaitu ujung 5 bebas (tidak terikat nukleotida lain) menuju ujung dengan gugus 3 hidroksil bebas atau dengan arah 53 (Darnell, et al., dalam T. Milanda, 1994).

Gambar 3. Struktur DNAGugus tersebut saling terkait dan membentuk tulang punggung (back bone) yang sangat panjang bagi heliks ganda. Strukturnya dapat diibaratkan sebagai tangga, dimana ibu tangganya adalah gula deoksiribosa dan anak tangganya adalah susunan basa nitrogen. Fosfat menghubungkan gula pada satu nukleotida ke gula pada nukleotida berikutnya untuk membentuk polinukleotida.Basa nitrogen penyusun DNA terdiri dari basa purin, yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta basa pirimidin yaitu sitosin(C) dan timin (T). Ikatan antara gula pentosa dan basa nitrogen disebutnukleosida. Ada 4 macam basa nukleosida yaitu : Ikatan A-gula disebut adenosin deoksiribonukleosida (deoksiadenosin) Ikatan G-gula disebut guanosin deoksiribonukleosida (deoksiguanosin) Ikatan C-gula disebut sitosin deoksiribonukleosida (deoksisitosin) Ikatan T-gula disebut timin deoksiribonukleosida (deoksitimin)

Gambar 4. Jenis-jenis NukleotidaIkatan basa-gula-fosfat disebut sebagai deoksiribonukleotida atau sering disebutnukleotida. Ada 4 macam deoksiribonukleotida, yaitu adenosin deoksiribonukleotida, timidin deoksiribonukleotida, sitidin deoksiribonukleotida, dan timidin deoksiribonukleotida. Nukleotida-nukleotida itu membentuk rangkaian yang disebutpolinukleotida.DNA terbentuk dari dua utas polinukleotida yang saling berpilin dan arahnya berlawanan. Basa-basa nitrogen pada utas yang satu memiliki pasangan yang tetap dengan basa-basa nitrogen pada utas yang lain. Adenin berpasangan dengan timin dan guanin berpasangan dengan sitosin. Pasangan basa nitrogen A dan T dihubungkan oleh dua atom hidrogen (A=T). Adapun pasangan basa nitrogen C dan G dihubungkan oleh tiga atom hidrogen (CG). Dengan demikian, kedua polinukleotida pada satu DNA saling komplemen

Gambar 5. Ikatan-Ikatan antar basa nitrogenb. Model Watson-Crick1. Model Watson-Crick memperlihatkan bahwa DNA berbentuk heliks ganda atau disebut DNA dupleks. Jika heliks (lilitan) tersebut diluruskan tampak seperti sebuah tangga2. Dalam satu molekul DNA, untai gula-fosfat terletak di sebelah luar dan berperan sebagai tulang punggung atau induk tangga, sedangkan untai biasa yang terletak di sebelah dalam merupakan anak tangga.3. Setiap molekul DNA disusun oleh dua rantai polinukleotida. Basa-basa dari kedua rantai tersebut berpasakan sesuai dengan aturan Chargaff, yaitu A-T atau G-S4. Dua helik rantai nukleotida terpilin dalam suatu sumbu membentuk heliks ganda yang mengarah kek kanan. Basa purin dan pirimidin menuju ke pusat heliks ganda sehingga saling berhadapan.

Gambar 6. DNA model Watson-Crickc. Jenis-Jenis Ikatan pada DNA Ikatan fosfodiester: menyatukan karbon 3 dan karbon 5 dalam arah berlawanan. Ikatan Hidrogen : Ikatan antara basa-basa Ikatan kovalen : Ikatan antar posfat dan gulanya

d. Konformasi DNADNA dapat hadir dalam beberapa konformasi yang berbeda dan ini penting untuk fungsi DNA dan tindakan. Konformasi DNA sangat penting untuk perbaikan DNA yang rusak karena mereka bertindak dengan enzim dalam tubuh. Konformasi DNA dibagi menjadi 3 jenis: B DNA memiliki 10 basa tiap pilinan, major groove lebar, dan minor groove sempit. Konformasi B merupakan bentuk DNA yang paling umum pada kromosom organisme dan yang umumnya kita pelajari, dengan bentukdouble helix A DNA memiliki 11 basa tiap pilinan, major groove jauh lebih sempit dari B DNA, minor groove jauh lebih lebar. Konformasi A juga berbentukdouble helix, bentuknya lebih pendek dan lebih tebal dibandingkan konformasi B. Konformasi A dapat ditemukan pada RNA dan kompleks DNA-RNA. Z DNA (zigzag-look DNA), Nama Z muncul dari bentuknya yang zig-zag, berbeda dengan konformasi A dan B. Sejauh ini, konformasi Z ditemukan berperan dalam transkripsi gen, translasi gen, dan diferensiasi sel.

e. Tiga Struktur Penting DNA (Gen)DNA (Gen) terdiri dari tiga struktur penting yaitu : Bagian yang disebut gene regulatory segment mengandung srtuktur yang terlibat pada proses inisiasi dan pengaturan proses transkripsi. Exon bagian yang mengandung codon untuk ditranslasikan oleh mRNA menjadi protein. Intron bagian struktur yang tidak mengandung codon (intervening sequence).

Gambar 8. Struktur DNA; gene regulatory segment, exon, dan intronRNARNA adalah asam nukleat. Struktur kimianya sama dengan DNA kecuali perbedaan-perbedaan berikut: Pada DNA rantai ganda asam nukleat yang terdiri dari nukleotida-nukleotida yang digabung oleh ikatan fosfodiester 3'->5', sedangkan RNA adalah rantai tunggal, Gula penyusun serat rantai DNA adalahdeoxiribose (atom hidrogen mengganti gugus hidroksil pada posisi atom karbon nomor sedangkan gula dalam rantai tunggal RNA ditempati oleh gula ribosa Semua basa nitrogen thimin dalam DNA diganti oleh basa nitrogen urasil dalam RNA. Dengan demikian, basa-basa nukleotida penyusun RNA adalah A, U,G,T.

a. Struktur RNAPada dasarnya struktur RNA sangat mirip dengan struktur DNA. RNA juga merupakan suatu polinukleotida, nukleotioda pada RNA juga tersusun dari komponen gula, gugus fosfat, dan basa nitrogen. Basa nitrogen pada RNA juga ada 4 jenis. Namun Gula pentosa pada RNA adalah gula ribose, bukan deoksiribosa sebagaimana DNA. Pada RNA tidak terdapat basa timin, sebagai gantinya terdapat basa urasil, basa ini juga dari golongan pirimidin sebagaimana timin. Dalam sel eukariot, RNA merupakan rantai polinukleotida tunggal, bukan rantai heliks ganda sebagaimana DNA. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dala memahami struktur RNA, antara lain; Gula Ribosa Urasil dan Timin PolinukleotidaRibosa memiliki struktur sama dengan deoksiribosa, perbedaannya adalah pada atom C-2 terdapat gugus OH. Pada deoksiribosa oksigen pada gugus OH hilang oleh karena itu disebut deoksiribosa. Komponen dan urutan atom lain dalam gula ribosa ini sama dengan gula deoksiribosa, bahkan tempat perlekatan gugus fosfat dan basa nitrogen pun sama. Struktur urasil juga sangat mirip dengan timin, karena keduanya termasuk basa pirimidin. Perbedaannya bila C-5 pada timin memiliki gugus CH3 maka pada urasil hanya ada satu H. seperti pada sitosin. Tetapi urasil dan timin berbeda dengan sitosin pada N-3. Urasil setelah berikatan dengan gula menjadi nukleosida disebut uridin. Sebagaimana timin uridin hanya dapat berpasangan dengan adenin. Rantai polinukleotida RNA dalam keadaan normal bukan merupakan untaian pita ganda sebagaimana DNA. Tetapi hal ini tidak berarti basa nitrogennya kehilangan sifat untuk selalu berpasangan. Bila pita RNA bertemu dengan pita RNA lain yang urutan basanya cocok maka juga akan membentuk pasangan pita. Bahkan dalam keadaan tertentu rantai RNA ini dapat menekuk dan membentuk pita ganda. Semua RNA asalnya merupakan pita komplemen DNA, melalui suatu proses yang disebut transkripsi tersusunlah urutan nukleotida yang akan menjadi pita RNA.Tulang punggung RNA tersusun atas deretan ribosa dan fosfat. Ribonukleotida RNA terdapat secara bebas dalam nukleoplasma dalam bentuk nukleosida trifosfat, seperti adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), sistidin trifosfat (CTP), dan uridin trifosfat (UTP). RNA disintesis oleh DNA di dalam inti sel dengan menggunakan DNA sebagai cetakannya.b. Jenis-Jenis RNARNA dapat dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu RNA genetik dan RNA non-genetik. RNA genetikRNA genetik memiliki fungsi yang sama dengan DNA, yaitu sebagai pembawa keterangan genetik. RNA genetik hanya ditemukan pada makhluk hidup tertentu yang tidak memiliki DNA, misalnya virus. Dalam hal ini fungsi RNA menjadi sama dengan DNA, baik sebagai materi genetik maupun dalam mengatur aktivitas sel. RNA non-genetikRNA non-genetik tidak berperan sebagai pembawa keterangan genetik sehingga RNA jenis ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup yang juga memiliki DNA. Berdasarkan letak dan fungsinya, RNA non-genetik dibedakan menjadi mRNA, tRNA, dan rRNA.

1) mRNA (messenger RNA) atau ARNd (ARN duta)

Gambar 9. Struktur mRNAmRNA merupakan RNA yang urutan basanya komplementer (berpasangan) dengan salah satu urutan basa rantai DNA. RNA jenis ini merupakan polinukleotida berbentuk pita tunggal linier dan disintesis oleh DNA di dalam nukleus. Panjang pendeknya mRNA berhubungan dengan panjang pendeknya rantai polipeptida yang akan disusun. Urutan asam amino yang menyusun rantai polipeptida itu sesuai dengan urutan kodon yang terdapat di dalam molekul mRNA yang bersangkutan. mRNA bertindak sebagai pola cetakan pembentuk polipeptida. Adapun fungsi utama mRNA adalah membawa kode-kode genetik dari DNA di inti sel menuju ke ribosom di sitoplasma. mRNA ini dibentuk bila diperlukan dan jika tugasnya selesai, maka akan dihancurkan dalam plasma.

2) tRNA (transfer RNA) atau ARNt (ARN transfer)RNA jenis ini dibentuk di dalam nukleus, tetapi menempatkan diri di dalam sitoplasma. tRNA merupakan RNA terpendek dan bertindak sebagai penerjemah kodon dari mRNA. Fungsi lain tRNA adalah mengikat asam-asam amino di dalam sitoplasma yang akan disusun menjadi protein dan mengangkutnya ke ribosom. Bagian tRNA yang berhubungan dengan kodon dinamakanantikodon. Struktur tRNA Terdiri dari 75 buah nukleotida. Terdiri dari 4 lengan utama: lengan akseptor Gambar 10. Struktur tRNALengan antikodon lengan D lengan T C lengan tambahan

3) rRNA (ribosomal RNA) atau ARNr (ARN ribosomal)RNA ini disebut ribosomal RNA karena terdapat di ribosom meskipun dibuat di dalam nukleus. RNA ini berupa pita tunggal, tidak bercabang, dan fleksibel. Lebih dari 80% RNA merupakan rRNA. Fungsi dari RNA ribosom adalah sebagai mesin perakit dalam sintesis protein yang bergerak ke satu arah sepanjang mRNA. Di dalam ribosom, molekul rRNA ini mencapai 30-46%.

Daftar Pustaka

http://education-portal.com/academy/lesson/phosphodiester-bond-formation-lesson-quiz.html (diakses 17 Februari 2014 18:33)http://pustaka.unpad.ac.id/wp-content/uploads/2011/09/pustaka_unpad_pcr.pdf (diakses 17 februari 2014 19:01)Biffi G, Tannahill D, McCafferty J, Balasubramanian S. 2013. Quantitative visualization of DNA G-quadruplex structures in human cells.Nat Chem5:182-186.Duca Set al. 2008. The triple helix: 50 years later, the outcome.Nucleic Acid Res36(16):5123-5138.Pinheiro VBet al. 2012. Synthetic genetic polymers capable of heredity and evolution.Science336(6079):341-344.Ussery DW. 2002. DNA structure: A-, B- and Z-DNA helix families.Encycloped Life Sci: 1-7.